WO2008012074A1 - Sicherungsmutter - Google Patents

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WO2008012074A1
WO2008012074A1 PCT/EP2007/006586 EP2007006586W WO2008012074A1 WO 2008012074 A1 WO2008012074 A1 WO 2008012074A1 EP 2007006586 W EP2007006586 W EP 2007006586W WO 2008012074 A1 WO2008012074 A1 WO 2008012074A1
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WO
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circular
neck
clamping ring
wedges
profiles
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/006586
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Winker
Helmut Reichelt
Original Assignee
Winker Massivumformung Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Winker Massivumformung Gmbh & Co. Kg filed Critical Winker Massivumformung Gmbh & Co. Kg
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Priority to EP07786312A priority patent/EP2044341B1/de
Publication of WO2008012074A1 publication Critical patent/WO2008012074A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B39/00—Locking of screws, bolts or nuts
    • F16B39/02—Locking of screws, bolts or nuts in which the locking takes place after screwing down
    • F16B39/12—Locking of screws, bolts or nuts in which the locking takes place after screwing down by means of locknuts
    • F16B39/126—Locking of screws, bolts or nuts in which the locking takes place after screwing down by means of locknuts causing radial forces on the bolt-shaft
    • F16B39/128—Locking of screws, bolts or nuts in which the locking takes place after screwing down by means of locknuts causing radial forces on the bolt-shaft by means of eccentrical or spiral interengaging parts

Definitions

  • the present invention relates to a lock nut according to the preamble of patent claim 1.
  • Locking or clamping nuts are characterized by the fact that they have a safety device or a mechanism against loosening the bolt, on the shaft, the screw, etc. or losing.
  • a captive can, for example, a plastic ring be provided on the nut body.
  • a further known form of captive securing consists in a threaded deformation which can be introduced by means of customary production methods known to the person skilled in the art. The plastic ring must not be too tight or the thread deformation too strong, otherwise the nut can no longer be screwed onto the bolt. As a result, although the fuse is reversible, the applicable force is limited, so that stronger shocks can lead to loosening of the nut on the bolt.
  • Another known nut has a slotted neck with an external thread on which a clamping ring can be screwed.
  • the production of such a mother is cumbersome and expensive.
  • Another solution provides that on the thread of the nut, a collar and a corresponding groove on the bolt, on the shaft, screw, etc. is attached, so that when screwing the nut of the collar is pressed into the groove.
  • This compound is stable, but not solvable, so irreversible.
  • the production of parts with collar and groove is also expensive.
  • a generic lock nut is known from DE 101 44 034 A1.
  • This lock nut has a nut body with a hollow neck, which has an internal thread and at the neck circumference circular profiles. Further, a clamping ring is provided, which has along the inner circumference circular wedges which extend over the entire inner circumference.
  • the circular profiles are assigned to the circular wedges and each extend over an equal angle, which is substantially smaller than the angle of the respective associated circular wedge.
  • the tension ring sits with play on the neck of the nut body and is about one certain angular range, which depends on the dimensions of the circular wedges or circular profiles in individual cases, freely rotatable. The tightening of the nut and the subsequent backup are thus two completely different, independent operations. Only when the nut is reliably in its desired position, it is secured by clamping.
  • At least one circular wedge and at least one circular profile each have at least one means which engage one another when the clamping ring is fixed on the nut body.
  • the end position of the clamping ring, in which the means are engaged with each other, for example. Latched or locked, can be detected manually or automatically. This not only allows a safe and reproducible statement that the clamping operation is completed, but also allows to carry out the assembly of the lock nut according to the invention fully automatically, since now an automatic detection of the end position can be measured physically reproducible. This is because, at the moment when the means engage each other, there is a minimal reduction in clamping force, which is harmless to the desired clamping action and can be detected by sensors. The fact that in the desired end position the means are engaged, also leads to an additional assurance of the clamping connection.
  • each circular wedge and each circular profile at least one such means to ensure a uniform distribution of force over the circumference of the clamping ring and the neck.
  • the means may be formed in a particularly simple manner as latching areas or depressions. Two alternatives are freely selectable. Either the circular wedge or circular wedges each have at least one latching area and the circular profile (s) each have at least one recess or, conversely, the circular wedge (s) each have at least one recess and the circular profile or profiles each have at least one latching area.
  • each circular wedge of the clamping ring extends over an angular range of 120 °.
  • a further preferred embodiment provides that each of the three circular profiles of the neck extends over an angular range of 30 to 60 °, preferably 40 to 50 °, particularly preferably 45 °.
  • a good interaction between circular wedges and circular profiles and a good clamping effect can be achieved.
  • the slope of the circular wedges of the clamping ring is preferably substantially linear, it is also advantageous if the slope of the circular profiles of the neck before the deadlock is arcuate and after the clamping is approximately linear. This gives a wider contact surface between circular wedges and circular profiles, whereby voltage spikes are avoided.
  • the slope of the circular profiles can be generated by a circular arc.
  • the slope of the circular wedges can also be generated by a circular arc for practical reasons, since it is difficult to produce ideal linear gradients.
  • the slope of the circular wedges of the clamping ring can, for example, 1: 50 to 1: 100, preferably 1: 70, the slope of the circular profiles of the neck, for example, 1: 20 to 1:40, preferably 1: 25 amount.
  • the wall thickness of the neck preferably corresponds to at most 10% of the inner diameter of the neck, so that a reversible deformation of the shark cross-section is possible.
  • the depth of the circular wedges of the clamping ring and the circular profiles of the neck can be, for example, 1 to 3%, preferably 1, 75 ° / o, of the inner diameter of the clamping ring.
  • the nut body, including the neck of the locknut can also be provided with an internal thread.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a lock nut according to the invention before the clamping of the clamping ring in a plan view;
  • Figure 2 shows another embodiment of a lock nut according to the invention before the clamping of the clamping ring in a plan view
  • Figure 3 shows a further embodiment of a locking nut according to the invention after the clamping of the clamping ring in a plan view
  • Embodiments of a locking nut according to the invention are shown schematically in Figures 1 and 2.
  • the lock nut is a further development of the lock nut known from DE 101 44 034 A1.
  • the lock nut 1 consists of a nut body 5 and a clamping ring 4.
  • the nut body 5 has a neck 2, on which the clamping ring 4 is pushed.
  • the nut body 5 including the neck 2 is provided along its inner surface with an internal thread 3.
  • the nut body 5 can, depending on the intended use of the lock nut 1, have any outer contour, for example. A hexagon.
  • the nut body 5 may also be provided with a flange. All components are made of metal, but the use of plastics is conceivable.
  • the clamping ring 4 may have any outer contour, in the embodiment a hexagon. Along its inner surface three grooves in the form of circular wedges 10 a, 10 b, 10 c are mounted. Each circular wedge extends over an angular range of 120 °. The slope of the circular wedges 10a, 10b 1 10c is comparatively small, so that they can be practically referred to as linear. In the exemplary embodiment, the pitch is 1: 70 or 3/10 mm with an inner diameter of 19.2 mm. The dimensioning of the inner diameter and the pitch of the circular wedges 10a, 10b, 10c depends in each case on the dimensions of the lock nut 1 from. The number of circular wedges 10a, 10b, 10c should be at least 2, but may be larger.
  • a linear slope would be the ideal case, but such a contour of the circular wedges 10a, 10b, 10c is difficult to produce.
  • the contour of the circular wedges 1Oa 1 10b, 10c can be made by a circular arc whose center is shifted from the center of the lock nut 1 .
  • the calculation of this circular arc can be made with the following formulas (I), (II), (III):
  • the neck 2 of the nut body 5 has the same number of cams in the form of circular profiles, as the clamping ring counts 4 grooves, in the exemplary embodiment thus three circular profiles 20a, 20b, 20c.
  • the circular profiles 2Oa 1 20b, 20c of the neck 2 extend over a smaller angular range, in the exemplary embodiment 45 °.
  • the angle range can be 30 to 60 °.
  • the slope of the circular profiles 20a, 20b, 20c depends on the dimensions of the neck 2 and is made by a circular arc whose center is shifted from the center of the lock nut 1.
  • the calculation of the circular arc can be made with the following formulas (IV) 1 (V), (VI):
  • the outer diameter of the neck 2 is therefore preferably slightly smaller than the inner diameter of the clamping ring 4, so that the difference provides a certain margin for joining the parts; in the embodiment, the outer diameter of the neck 2 is 19 mm.
  • the maximum height of the circular profiles 20a, 20b 1 20c is 0.3 mm with a travel of about 7.5 mm. It is advantageous if the thickness of the wall 2 'of the neck 2 is at most 1/10 of the inner diameter. This small wall thickness allows an elastic deformation of the neck 2.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the lock nut 1 according to the invention, in which each of the circular keys 10a, 10b, 10c provided on the clamping ring 4 has a latching area 11a, 11b, 11c.
  • Each circular profile 20a, 20b, 20c formed on the neck 2 of the nut body 5 has two recesses 21a, 22a; 21b, 22b; 21c, 22c on.
  • the conditions are exactly the opposite.
  • the circular wedges 10a, 10b, 10c provided on the clamping ring 4 each have two recesses 13a, 14a; 13b, 14b; 13c, 14c on.
  • the circular profiles 2Oa 1 20b 20c formed on the neck 2 of the nut body 5 each have a latching area 23a, 23b, 23c.
  • the number of latching areas and depressions can be chosen freely.
  • the latching areas 1 1a, 11b, 11c; 23a, 23b, 23c and the recesses 21a, 22a; 21b, 22b; 21c, 22c; 13a, 14a; 13b, 14b; 13c, 14c represent means which are engaged with each other fixed in the nut body 5 clamping ring 4. In the embodiments shown thereby a latch is formed.
  • the means may also be designed so that other forms of engagement action are achieved, including irreversible engagement effects such as a lock. At the moment in which the means engage each other and the end position of the clamping ring 4 is achieved relative to the nut body 5, there is a minimal reduction of the clamping force, which is harmless to the desired clamping action.
  • an additional securing of the clamping connection is achieved by a certain form-fit is formed in addition to the frictional engagement between circular wedges 10a, 10b, 10c and circular profiles 2Oa 1 20b, 20c.
  • the dimensioning of the latching areas and depressions can be adapted to the requirements of the individual case.
  • the clamping ring 4 is pushed onto the neck 2, that the raised circular profiles 20a, 20b, 20c of the neck 2 with the hollow circular wedges 10a, 10b, 10c of the clamping ring come to coincide.
  • the clamping ring 4 is seated, also due to the difference between the outer diameter of the neck 2 and inner diameter of the clamping ring 4 with a certain joining play on the neck 2 and can be rotated freely, and indeed so far until after the compensation of the joining game the circular profiles 20a, 20b , 20c of the neck 2 abut the surfaces of the circular wedges 10a, 10b, 10c of the clamping ring 4.
  • the system is rotated by 40 °. Only then begins with the further rotation of the clamping ring 4, the actual clamping effect.
  • the latching regions 23a, 23b, 23c engage in the indentations 13a, 13b, 13c associated therewith. The locking thus obtained causes a minimal reduction in the clamping force, which is harmless to the desired clamping action is.
  • the clamping action exerted by the clamping ring 4 is punctiform, namely in the region of the edges delimiting the circular profiles 20a, 20b, 20c.
  • the effect of clamping on the neck 2 has the consequence that it is slightly flattened and the formerly circular contour of the inside diameter becomes approximately triangular.
  • the internal thread 3 is pressed against the axle, the bolt, the shaft, the screw, etc., onto which the lock nut 1 has been screwed before tightening the tension ring 4.
  • the neck 2 is jammed with the axle, the bolt, the shaft, the screw, etc. and secured against loosening or loss.
  • This backup can be reversed again by the clamping ring 4 is rotated in the direction of arrow A in Figure 3.
  • the elastic neck 2 again takes on its circular contour shown in Figures 1 and 2.
  • the inner contour of the clamping ring 4 is substantially linear, this corresponds to a hollow circular wedge 10a of the clamping ring 4, which extends over the entire range shown by 120 °.
  • the course of the outer contour of the neck 2 corresponds to a circular profile 20a of the neck 2, which extends only over an angular range of 45 °.
  • the contour of the circular profiles 20a, 20b, 20c of the neck 2 is circular arc before tightening, because the contours are made by a circular arc according to the formulas (IV), (V), (VI).
  • This contour is calculated so that after deformation, ie after tightening the clamping ring 4 and the clamping, sets an approximately linear shape to the most uniform, wider, not point-like contact with the substantially linear profile of the circular wedges 10a 1 1Ob 1 10c of the clamping ring 4 to obtain. This avoids voltage peaks.
  • the contour of the circular splines 1oa 1 10b, 10c of the clamping ring 4 due to the larger wall thickness of the clamping ring 4 remains substantially unchanged.
  • the neck 2 is deformed in the exemplary embodiment in such a way that a region flattens out to an inner radius of 8.4 mm, followed by a curved region with an inner radius of 8.6 mm. This corresponds to the course of a flattened area and a subsequent bulge of the neck in a clamping point, which is indicated in Figure 3 by the arrows a.
  • the clamping area between the circular wedge 10a of the clamping ring 4 and the circular profile 20a of the neck 2 extends in an angular range approximately between 25 and 50 °. In this area, in which the neck 2 is flattened inwardly, also takes place the clamping between the neck 2 of the lock nut 1 and the screw, the shaft, the bolt, the axis, etc., on which the lock nut 1 is screwed.
  • the clamping or the securing effect of the locking nut 1 according to the invention is based on the selective elastic, non-circular deformation of the neck 2, which deviates from the circular contour. Therefore, it is not mandatory to provide exactly three circular wedges or circular profiles on the clamping ring 4 or on the neck 2. Even with two, four or five circular wedges or circular profiles one still obtains a corresponding deformation of the neck 2. The upper limit is where, because of the large number of circular wedges or circular profiles no clearly out of round deformation is obtained.
  • the lock nut 1 according to the invention can be produced easily and inexpensively.
  • the clamping ring 4 can be manufactured in one operation by pressing. This is more difficult in MuttemMech, since the central axis of the internal thread 3 must always be perpendicular to the support surface and the tolerance for this is low (in the embodiment 3/100 mm).
  • One way to produce is to press a blank for the nut body without internal thread 3, the wall thickness of the neck 2 clearly larger than the finished nut body.
  • the blank is then machined in one clamping, ie it is set the desired wall thickness of the neck 2, the internal thread 3 is generated and worked the bearing surface of the lock nut.
  • the internal thread 3 can also be formed without cutting.
  • the nut body 5 and the clamping ring 4 are mounted together, wherein the protruding edge 2 'of the neck 2 can be easily bent outwards to hold the clamping ring 4 captive on the nut body 5.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherungsmutter (1) mit einem Mutternkörper (5) und einem auf dem Mutternkörper (5) drehbar angebrachten Spannring (4), der auf dem Mutternkörper (5) durch Klemmung fixierbar ist, wobei die Innenfläche des Spannrings (4) Nuten in Form von Kreiskeilen (10a, 10b, 10c) aufweist, die sich um gleiche Winkel über den gesamten Umfang erstrecken und wobei die Außenfläche des Halses (2) dieselbe Anzahl von Nocken in Form von Kreisprofilen (20a, 20b, 20c) aufweist, die den Kreiskeilen (10a, 10b, 10c) zugeordnet sind und sich jeweils um einen gleichen Winkel erstrecken, der wesentlich kleiner ist als der Winkel des zugeordneten Kreiskeils (10a, 10b, 10c). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens ein Kreiskeil (10a, 10b, 10c) und mindestens ein Kreisprofil (20a, 20b, 20c) jeweils mindestens ein Mittel (11a, 11b, 11c; 23a, 23b, 23c; 13a, 14a; 13b, 14b; 13c, 14c; 21a, 22a; 21 b, 22b; 21c, 22c) aufweisen, die bei auf dem Mutternkörper (5) fixiertem Spannring (4) miteinander in Eingriff stehen.

Description

Sicherungsmutter Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherungsmutter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Sicherungs- oder Klemm-Muttern zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine Sicherung oder einen Mechanismus gegen Lockern am Bolzen, an der Welle, der Schraube, etc. oder Verlieren aufweisen. Als Verliersicherung kann bspw. ein Kunststoff ring am Mutternkörper vorgesehen sein. Eine weitere an sich bekannte Form der Verliersicherung besteht in einer Gewindede- formierung, die mit üblichen, dem Fachmann bekannten Herstellungsverfahren eingebracht werden kann. Der Kunststoff ring darf nicht zu knapp bemessen bzw. die Gewindedeformie- rung zu stark sein, weil die Mutter sonst nicht mehr auf den Bolzen geschraubt werden kann. Dies hat zur Folge, dass die Sicherung zwar reversibel, die anwendbare Kraft aber begrenzt ist, so dass stärkere Erschütterungen zum Lockern der Mutter auf dem Bolzen führen können. Eine andere bekannte Mutter weist einen geschlitzten Hals mit einem Außengewinde auf, auf welches ein Spannring aufgeschraubt werden kann. Die Herstellung einer solchen Mutter ist jedoch umständlich und teuer. Eine weitere Lösung sieht vor, dass am Gewinde der Mutter ein Kragen und eine entsprechende Nut am Bolzen, an der Welle, Schraube, etc. angebracht wird, so dass beim Aufschrauben der Mutter der Kragen in die Nut gedrückt wird. Diese Verbindung ist zwar stabil, aber nicht mehr lösbar, also irreversibel. Die Fertigung der Teile mit Kragen und Nut ist außerdem kostenaufwendig.
Eine gattungsgemäße Sicherungsmutter ist aus der DE 101 44 034 A1 bekannt. Diese Sicherungsmutter weist einen Mutternkörper mit einem hohlen Hals auf, welcher ein Innengewinde und am Halsumfang Kreisprofile aufweist. Ferner ist ein Spannring vorgesehen, der entlang des Innenumfangs Kreiskeile aufweist, die sich über den gesamten Innenumfang erstrecken. Die Kreisprofile sind den Kreiskeilen zugeordnet und erstrecken sich jeweils über einen gleichen Winkel, der wesentlich kleiner ist als der Winkel des jeweils zugeordneten Kreiskeils. Der Spannring sitzt mit Spiel auf dem Hals des Mutternkörpers auf und ist über einen gewissen Winkelbereich, der von den Abmessungen der Kreiskeile bzw. Kreisprofile im Einzelfall abhängt, frei drehbar. Das Anziehen der Mutter und die anschließende Sicherung sind somit zwei völlig verschiedene, voneinander unabhängige Arbeitsgänge. Erst wenn die Mutter zuverlässig in ihrer gewünschten Position ist, wird sie durch Klemmung gesichert.
In der Praxis hat es sich gezeigt, dass es wünschenswert ist, während des Klemmvorgangs die erstrebte Endposition des Spannrings, d.h. den Endpunkt des Klemmvorgangs, bei dem die gewünschte Klemmkraft erreicht ist, zuverlässig und reproduzierbar festzustellen. Außerdem gibt es Anwendungsbereiche, bei denen eine zusätzliche Sicherung erwünscht ist.
Diese Ziele werden mit einer Sicherungsmutter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erreicht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens ein Kreiskeil und mindestens ein Kreisprofil jeweils mindestens ein Mittel aufweisen, die bei auf dem Mutternkörper fixiertem Spannring miteinander in Eingriff stehen. Die Endposition des Spannrings, bei der Mittel miteinander in Eingriff stehen, bspw. verrastet oder verriegelt sind, lässt sich manuell oder automatisch erfassen. Dies ermöglicht nicht nur eine sichere und reproduzierbare Feststellung, dass der Klemmvorgang abgeschlossen ist, sondern erlaubt es auch, die Montage der erfindungsgemäßen Sicherungsmutter vollautomatisch vorzunehmen, da nun eine automatische Erkennung der Endposition physikalisch reproduzierbar messbar ist. Dies liegt daran, dass in dem Moment, in dem die Mittel miteinander in Eingriff kommen, eine minimalen Reduzierung der Klemmkraft erfolgt, die für die gewünschte Klemmwirkung unschädlich ist und mit Sensoren erfasst werden kann. Der Umstand, dass in der gewünschten Endposition die Mittel miteinander in Eingriff stehen, führt auch zu einer zusätzlichen Sicherung der Klemmverbindung.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Vorzugsweise weist jeder Kreiskeil und jedes Kreisprofil mindestens ein derartiges Mittel auf, um eine gleichmäßige Kraftverteilung über den Umfang des Spannrings bzw. des Halses zu gewährleisten. Die Mittel können in besonders einfacher Weise als Rastbereiche bzw. Vertiefungen ausgebildet sein. Dabei sind zwei Alternativen frei wählbar. Entweder weisen der oder die Kreiskeile jeweils mindestens einen Rastbereich und das oder die Kreisprofile jeweils mindestens eine Vertiefung auf oder umgekehrt weisen der oder die Kreiskeile jeweils mindestens eine Vertiefung und das oder die Kreisprofile jeweils mindestens einen Rastbereich auf.
Vorzugsweise sind drei Kreiskeile und drei Kreisprofile vorgesehen, so dass sich für die Klemmung drei Berührungspunkte ergeben und der Hals des Mutternkörpers in Richtung eines etwa dreieckigen Querschnitts verformt wird. Damit erstreckt sich jeder Kreiskeil des Spannrings über einen Winkelbereich von 120°.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass sich jedes der drei Kreisprofile des Halses über einen Winkelbereich von 30 bis 60°, bevorzugt 40 bis 50°, besonders bevorzugt 45° erstreckt. Damit werden eine gute Wechselwirkung zwischen Kreiskeilen und Kreisprofilen und eine gute Klemmwirkung erzielt.
Während die Steigung der Kreiskeile des Spannrings vorzugsweise im Wesentlichen linear ist, ist es ferner von Vorteil, wenn die Steigung der Kreisprofile des Halses vor der Verklemmung bogenförmig und nach der Verklemmung annähernd linear ist. Dadurch erhält man eine breitere Auflagefläche zwischen Kreiskeilen und Kreisprofilen, wodurch Spannungsspitzen vermieden werden.
Die Steigung der Kreisprofile kann durch einen Kreisbogen erzeugt sein. Auch die Steigung der Kreiskeile kann aus praktischen Gründen durch einen Kreisbogen erzeugt sein, da sich i- deale lineare Steigungen nur schwer herstellen lassen.
Die Steigung der Kreiskeile des Spannrings kann bspw. 1 : 50 bis 1 : 100, vorzugsweise 1 :70, die Steigung der Kreisprofile des Halses bspw. 1 :20 bis 1 : 40, vorzugsweise 1 : 25 betragen. Die Wandstärke des Halses entspricht vorzugsweise höchstens 10% des Innendurchmessers des Halses, so dass eine reversible Verformung des Haisquerschnittes möglich ist.
Die Tiefe der Kreiskeile des Spannrings und der Kreisprofile des Halses kann bspw. 1 bis 3 %, vorzugsweise 1 ,75 °/o, des Innendurchmessers des Spannrings betragen.
Der Mutternkörper einschließlich Hals der Sicherungsmutter kann ferner mit einem Innengewinde versehen sein.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sicherungsmutter vor der Klemmung des Spannrings in einer Draufsicht;
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sicherungsmutter vor der Klemmung des Spannrings in einer Draufsicht;
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sicherungsmutter nach der Klemmung des Spannrings in einer Draufsicht;
Figur 4 einen Schnitt entlang der Linie IV - IV in Figur 3.
Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Sicherungsmutter sind in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellt. Die Sicherungsmutter ist eine Weiterentwicklung der aus der DE 101 44 034 A1 bekannten Sicherungsmutter. Die Sicherungsmutter 1 besteht aus einem Mutternkörper 5 und einem Spannring 4. Der Mutternkörper 5 weist einen Hals 2 auf, auf welchen der Spannring 4 aufgeschoben wird. Der Mutternkörper 5 einschließlich dem Hals 2 ist entlang seiner Innenfläche mit einem Innengewinde 3 versehen. Der Mutternkörper 5 kann, je nach Verwendungszweck der Sicherungsmutter 1, eine beliebige Außenkontur aufweisen, bspw. einen Sechskant. Der Mutternkörper 5 kann auch mit einem Flansch versehen sein. Alle Bauteile sind aus Metall, jedoch ist auch die Verwendung von Kunststoffen denkbar.
Der Spannring 4 kann eine beliebige Außenkontur, im Ausführungsbeispiel einen Sechskant, aufweisen. Entlang seiner Innenfläche sind drei Nuten in Form von Kreiskeilen 10a, 10b, 10c angebracht. Jeder Kreiskeil erstreckt sich über einen Winkelbereich von 120°. Die Steigung der Kreiskeile 10a, 1Ob1 10c ist vergleichsweise gering, so dass sie praktisch als linear bezeichnet werden kann. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Steigung 1 : 70 oder 3/10 mm bei einem Innendurchmesser von 19,2 mm. Die Bemessung des Innendurchmessers und der Steigung der Kreiskeile 10a, 10b, 10c hängt im Einzelfall von den Abmessungen der Sicherungsmutter 1 ab. Die Anzahl der Kreiskeile 10a, 10b, 10c sollte mindestens 2 betragen, kann aber auch größer sein.
Eine lineare Steigung wäre der Idealfall, eine derartige Kontur der Kreiskeile 10a, 10b, 10c ist jedoch schwer herstellbar. Praktisch kann die Kontur der Kreiskeile 1Oa1 10b, 10c durch einen Kreisbogen hergestellt werden, dessen Mittelpunkt gegenüber dem Mittelpunkt der Sicherungsmutter 1 verschoben ist. Die Berechnung dieses Kreisbogens kann mit den folgenden Formeln (I), (II), (III) vorgenommen werden:
(D XA = 0,5 x g
(II) YA = (2/V3 - V3/2) x g
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mit R0 = Nennradius, g = Steigung
Mit g = 0,3 und R0 = 9,6 für den Außenradius des Spannrings erhält man XA = 0,15, YA = 0,0866 und RA = 9,75.
Der Hals 2 des Mutternkörpers 5 weist dieselbe Anzahl von Nocken in Form von Kreisprofilen auf, wie der Spannring 4 Nuten zählt, im Ausführungsbeispiel also drei Kreisprofile 20a, 20b, 20c. Anders als beim Spannring 4 erstrecken sich die Kreisprofile 2Oa1 20b, 20c des Halses 2 über einen kleineren Winkelbereich, im Ausführungsbeispiel 45°. Der Winkelbereich kann 30 bis 60° betragen. Die Steigung der Kreisprofile 20a, 20b, 20c hängt von den Abmessungen des Halses 2 ab und ist durch einen Kreisbogen hergestellt, dessen Mittelpunkt gegenüber dem Mittelpunkt der Sicherungsmutter 1 verschoben ist. Die Berechnung des Kreisbogens kann mit den folgenden Formeln (IV)1 (V), (VI) vorgenommen werden:
(IV) X, = - (V2 + I) x g
(V) Y, = (V2 + 1) x g
(VI) R1 = R0 + X, mit R0 = Nennradius, g = Steigung
Mit g = 0,3 und R0 = 9,5 für den Innenradius des Halses 2 erhält man X1 = - 0,7243, Y1 = 0,7243 und R1 = 8,7757.
Der Außendurchmesser des Halses 2 ist also vorzugsweise etwas geringer als der Innendurchmesser des Spannrings 4, so dass die Differenz einen gewissen Spielraum zum Fügen der Teile liefert; im Ausführungsbeispiel beträgt der Außendurchmesser des Halses 2 19 mm. Im Ausführungsbeispiel, mit einem Innendurchmesser von 17 mm und einem Außendurchmesser von 19 mm, beträgt die maximale Höhe der Kreisprofile 20a, 2Ob1 20c 0,3 mm bei einem Weg über etwa 7,5 mm. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Stärke der Wand 2' des Halses 2 höchstens 1/10 des Innendurchmessers beträgt. Diese geringe Wandstärke erlaubt eine e- lastische Verformung des Halses 2.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sicherungsmutter 1, bei dem jeder der am Spannring 4 vorgesehenen Kreiskeile 10a, 10b, 10c einen Rastbereich 11a, 11b, 11c aufweist. Jedes am Hals 2 des Mutternkörpers 5 ausgebildete Kreisprofil 20a, 20b, 20c weist zwei Vertiefungen 21a, 22a; 21b, 22b; 21c, 22c auf. Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Verhältnisse genau umgekehrt. Hier weisen die am Spannring 4 vorgesehenen Kreiskeile 10a, 10b, 10c jeweils zwei Vertiefungen 13a, 14a; 13b, 14b; 13c, 14c auf. Die am Hals 2 des Mutternkörpers 5 ausgebildeten Kreisprofile 2Oa1 20b 20c weisen jeweils einen Rastbereich 23a, 23b, 23c auf. Selbstverständlich kann die Zahl der Rastbereiche und Vertiefungen frei gewählt werden.
Die Rastbereiche 1 1a, 11b, 11c; 23a, 23b, 23c und die Vertiefungen 21a, 22a; 21 b, 22b; 21 c, 22c; 13a, 14a; 13b, 14b; 13c, 14c stellen Mittel dar, die bei auf dem Mutternkörper 5 fixiertem Spannring 4 miteinander in Eingriff stehen. In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird dadurch eine Verrastung gebildet. Selbstverständlich können die Mittel auch so ausgestaltet sein, dass andere Formen der Eingriffswirkung erzielt werden, und zwar auch irreversible Eingriffswirkungen wie bspw. eine Verriegelung. In dem Moment, in dem die Mittel miteinander in Eingriff kommen und die Endposition des Spannrings 4 relativ zum Mutternkörper 5 erreicht ist, erfolgt eine minimalen Reduzierung der Klemmkraft, die für die gewünschte Klemmwirkung unschädlich ist. Ferner wird eine zusätzliche Sicherung der Klemmverbindung erreicht, indem neben dem Reibschluss zwischen Kreiskeilen 10a, 10b, 10c und Kreisprofilen 2Oa1 20b, 20c noch ein gewisser Formschluss gebildet wird. Dabei kann die Dimensionierung der Rastbereiche und Vertiefungen den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden.
Wie die Figuren 3 und 4 zeigen, wird der Spannring 4 so auf den Hals 2 geschoben, dass die erhabenen Kreisprofile 20a, 20b, 20c des Halses 2 mit den hohlen Kreiskeilen 10a, 10b, 10c des Spannrings zur Deckung kommen. Der Spannring 4 sitzt, auch aufgrund der Differenz zwischen Außendurchmesser des Halses 2 und Innendurchmesser des Spannrings 4 mit einem gewissen Fügespiel auf dem Hals 2 auf und kann frei gedreht werden, und zwar so weit, bis nach dem Ausgleich des Fügespiels die Kreisprofile 20a, 20b, 20c des Halses 2 an den Flächen der Kreiskeile 10a, 10b, 10c des Spannrings 4 anliegen. Beispielsweise erfolgt bei einem Fügespiel von 0,1 mm und einer Steigung der Kreiskeile 10a, 10b, 10c bzw. Kreisprofile 20a, 20b, 20c von 0,3 mm auf 120° die Anlage nach einer Drehung um 40°. Erst dann setzt mit der weiteren Drehung des Spannrings 4 der eigentliche Klemmeffekt ein. Wenn die gewünschte Klemmwirkung erreicht ist, greifen die Rastbereiche 23a, 23b, 23c in die ihnen jeweils zugeordneten Vertiefungen 13a, 13b, 13c ein. Die so erhaltene Verrastung bewirkt eine minimale Reduzierung der Klemmkraft, die für die gewünschte Klemmwirkung unschädlich ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn mittels der Abmessungen der Kreiskeile 10a, 10b, 10c und Kreisprofile 20a, 20b, 20c unmittelbar vor der Verrastung eine geringfügige Überhöhung der Klemmkraft bewirkt wird. Wenn, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, jedem Rastbereich zwei oder mehrere Vertiefungen zugeordnet sind, können mehrere Rastpositionen eingestellt werden, die unterschiedlichen Klemmkräften zugeordnet sind. Damit erhält die erfindungsgemäße Sicherungsmutter 1 eine größere Variabilität und kann vielfältiger eingesetzt und besser an die Anforderungen des Einzelfalls angepasst werden.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, ist die vom Spannring 4 ausgeübte Klemmwirkung punktuell, nämlich im Bereich der die Kreisprofile 20a, 20b, 20c begrenzenden Kanten. Die Klemmwirkung auf den Hals 2 hat zur Folge, dass dieser leicht abgeflacht wird und die ehemals kreisrunde Kontur des Innendurchmessers etwa dreiecksförmig wird. Damit wird in den abgeflachten Bereichen das Innengewinde 3 an die Achse, den Bolzen, die Welle, die Schraube etc ge- presst, auf weiche die Sicherungsmutter 1 vor dem Anziehen des Spannrings 4 aufgeschraubt wurde. Auf diese Weise wird der Hals 2 mit der Achse, dem Bolzen, der Welle, der Schraube etc. verklemmt und gegen Lockerung oder Verlust gesichert. Diese Sicherung kann wieder rückgängig gemacht werden, indem der Spannring 4 in Richtung des Pfeils A in Figur 3 gedreht wird. Der elastische Hals 2 nimmt wieder seine in den Figuren 1 und 2 dargestellte kreisförmige Kontur an.
Aus Figur 3 ist die beschriebene elastische Verformung des Halses 2 in drei Punkten bzw. der Verlauf der Kontur des Spannrings 4 und des Halses 2 erkennbar. Die Innenkontur des Spannrings 4 verläuft im Wesentlichen linear, dies entspricht einem hohlen Kreiskeil 10a des Spannrings 4, der sich über den gesamten dargestellten Bereich von 120° erstreckt. Der Verlauf der Außenkontur des Halses 2 entspricht einem Kreisprofil 20a des Halses 2, der sich lediglich über einen Winkelbereich von 45° erstreckt. Die Kontur der Kreisprofile 20a, 20b, 20c des Halses 2 ist vor dem Anziehen kreisbogenförmig, weil die Konturen durch einen Kreisbogen nach den Formeln (IV), (V), (VI) hergestellt sind. Diese Kontur ist so berechnet, dass sich nach der Verformung, d.h. nach dem Anziehen des Spannrings 4 und der Verklemmung, eine annähernd lineare Form einstellt, um eine möglichst gleichmäßige, breitere, nicht punktförmige Anlage am im Wesentlichen linearen Profil der Kreiskeile 1Oa1 1Ob1 10c des Spannrings 4 zu erhalten. Dadurch werden Spannungsspitzen vermieden. Dabei bleibt die Kontur der Kreiskeile 1Oa1 10b, 10c des Spannrings 4 aufgrund der größeren Wanddicke des Spannrings 4 im Wesentlichen unverändert.
Bei der Klemmung verformt sich der Hals 2 im Ausführungsbeispiel dergestalt, dass sich ein Bereich abflacht bis zu einem Innenradius von 8,4 mm, woran sich ein gewölbter Bereich mit einem Innenradius von 8,6 mm anschließt. Dies entspricht dem Verlauf eines abgeflachten Flächenbereichs und einer anschließenden Auswölbung des Halses in einem Klemmpunkt, der in Figur 3 mit den Pfeilen a bezeichnet ist. Der Klemmbereich zwischen dem Kreiskeil 10a des Spannrings 4 und dem Kreisprofil 20a des Halses 2 verläuft in einem Winkelbereich etwa zwischen 25 und 50°. In diesem Bereich, in welchem der Hals 2 nach innen abgeflacht ist, findet auch die Klemmung zwischen dem Hals 2 der Sicherungsmutter 1 und der Schraube, der Welle, dem Bolzen, der Achse etc. statt, auf welche die Sicherungsmutter 1 aufgeschraubt ist.
Aus dem oben Gesagten geht hervor, dass die Klemmung bzw. der Sicherungseffekt der erfindungsgemäßen Sicherungsmutter 1 auf der punktuellen elastischen, unrunden Verformung des Halses 2 beruht, die von der kreisrunden Kontur abweicht. Daher ist es nicht zwingend, genau drei Kreiskeile bzw. Kreisprofile am Spannring 4 bzw. am Hals 2 vorzusehen. Auch mit zwei, vier oder fünf Kreiskeilen bzw. Kreisprofilen erhält man noch eine dementsprechende Verformung des Halses 2. Die Obergrenze liegt dort, wo wegen der zu großen Anzahl der Kreiskeile bzw. Kreisprofile keine deutlich unrunde Verformung mehr erhalten wird.
Die erfindungsgemäße Sicherungsmutter 1 kann einfach und kostengünstig hergestellt werden. Der Spannring 4 kann in einem Arbeitsgang durch Pressen hergestellt werden. Dies ist beim Muttemkörper schwieriger, da die Mittelachse des Innengewindes 3 immer senkrecht zur Auflagefläche stehen muss und der Toleranzspielraum hierfür gering ist (im Ausführungsbeispiel 3/100 mm). Eine Möglichkeit zur Herstellung besteht darin, einen Rohling für den Mutternkörper ohne Innengewinde 3 zu pressen, wobei die Wandstärke des Halses 2 deutlich größer ist als beim fertigen Mutternkörper. Der Rohling wird anschließend in einer Aufspannung spanend bearbeitet, d.h. es wird die gewünschte Wandstärke des Halses 2 eingestellt, das Innengewinde 3 erzeugt und die Auflagefläche der Sicherungsmutter erarbeitet. Hierbei kann das Innengewinde 3 auch spanlos geformt werden. Anschließend werden der Mutternkörper 5 und der Spannring 4 zusammen montiert, wobei der überstehende Rand 2' des Halses 2 leicht nach außen gebogen werden kann, um den Spannring 4 verliersicher auf dem Mutternkörper 5 zu halten.

Claims

Patentansprüche
1. Sicherungsmutter (1) mit einem Mutternkörper (5) und einem auf dem Mutternkörper (5) drehbar angebrachten Spannring (4), der auf dem Mutternkörper (5) durch Klemmung fixierbar ist, wobei die Innenfläche des Spannrings (4) Nuten in Form von Kreiskeilen (1Oa1 10b, 1Oc) aufweist, die sich um gleiche Winkel über den gesamten Umfang erstrecken und wobei die Außenfläche des Halses (2) dieselbe Anzahl von Nocken in Form von Kreisprofilen (20a, 20b, 2Oc) aufweist, die den Kreiskeilen (10a, 10b, 1Oc) zugeordnet sind und sich jeweils um einen gleichen Winkel erstrecken, der wesentlich kleiner ist als der Winkel des zugeordneten Kreiskeils (10a, 10b, 1Oc), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kreiskeil (10a, 10b, 1Oc) und mindestens ein Kreisprofil (20a, 20b, 2Oc) jeweils mindestens ein Mittel (1 1a, 1 1 b, 1 1c; 23a, 23b, 23c; 13a, 14a; 13b, 14b; 13c, 14c; 21a, 22a; 21 b, 22b; 21c, 22c) aufweisen, die bei auf dem Mutternkörper (5) fixiertem Spannring (4) miteinander in Eingriff stehen.
2. Sicherungsmutter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kreiskeil (1Oa1 10b, 1Oc) und jedes Kreisprofil (20a, 20b, 2Oc) mindestens ein Mittel (1 1a, 1 1 b, 1 1c; 23a, 23b, 23c; 13a, 14a; 13b, 14b; 13c, 14c; 21a, 22a; 21 b, 22b; 21 c, 22c) aufweisen.
3. Sicherungsmutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel als Rastbereiche (11a, 1 1b, 1 1c; 23a, 23b, 23c) bzw. Vertiefungen (13a, 14a; 13b, 14b; 13c, 14c; 21a, 22a; 21 b, 22b; 21 c, 22c) ausgebildet sind.
4. Sicherungsmutter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kreiskeile (10a, 10b, 1Oc) jeweils mindestens einen Rastbereich (1 1a, 1 1 b, 11 c) und das oder die Kreisprofile (20a, 20b, 20c) jeweils mindestens eine Vertiefung (21a, 22a; 21 b, 22b; 21c, 22c) aufweisen.
5. Sicherungsmutter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kreiskeile (10a, 10b, 10c) jeweils mindestens eine Vertiefung (13a, 14a; 13b, 14b; 13c, 14c)
6. und das oder die Kreisprofile (20a, 20b, 20c) jeweils mindestens einen Rastbereich (23a, 23b, 23c) aufweisen.
7. Sicherungsmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei Kreiskeile (10a, 10b, 10c) und drei Kreisprofile (2Oa1 20b, 20c) vorgesehen sind.
8. Sicherungsmutter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeder Kreiskeil (10a, 10b, 10c) des Spannrings (4) über einen Winkelbereich von 120° erstreckt.
9. Sicherungsmutter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich jedes Kreisprofil (20a, 20b, 20c) des Halses (2) über einen Winkelbereich von 30 bis 60°, bevorzugt 40 bis 50°, besonders bevorzugt 45° erstreckt.
10. Sicherungsmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Kreiskeile (10a, 10b, 10c) annähernd linear ist.
1 1. Sicherungsmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Kreisprofile (20a, 20b, 20c) vor der Verklemmung bogenförmig ist.
12. Sicherungsmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Kreisprofile (20a, 20b, 20c) nach der Verklemmung annähernd linear ist.
13. Sicherungsmutter nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Kreiskeile (10a, 10b, 10c) und/oder Kreisprofile (20a, 20b, 20c) durch einen Kreisbogen erzeugt ist.
14. Sicherungsmutter nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Kreiskeile (1Oa1 10b, 1Oc) des Spannrings (4) 1 : 50 bis 1 : 100, vorzugsweise 1 :70 beträgt.
15. Sicherungsmutter nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Kreisprofile (20a, 20b, 2Oc) des Halses (2) 1 :20 bis 1 : 40, vorzugsweise 1 : 25 beträgt.
16. Sicherungsmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Halses (2) höchstens 10% des Innendurchmessers des Halses (2) entspricht.
17. Sicherungsmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Kreiskeile (10a, 10b, 1Oc) des Spannrings (4) und der Kreisprofile (20a, 20b, 20c) des Halses (2) 1 bis 3 °/o, vorzugsweise 1,75 %, des Innendurchmessers des Spannrings (4) beträgt.
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